中央空調系統由于運行效率高,使用方便,而獲得了廣泛的應用。我國北方地區,中央空調夏天要制冷,冬天要制熱。實現穩定制冷或制熱的關鍵是控制循環水泵,讓適當流量的熱水(冬天)或冷水(夏天)流經所有受益房間,當受益房間的控制開關打開時,盤管風機即向室內釋放熱空氣(冬天)或冷空氣(夏天),使室內穩定在一個令人舒適的溫度范圍內。以冬天為例,中央空調系統向所有房間提供的熱量,與循環水的流量以及出水、回水的溫差有直接關系。為了保證室內溫度穩定,應保證出水、回水的溫差相對穩定。如果溫差值過大,說明室內溫度偏低,需要加大循環水的流量;如果溫差值過小,情況剛好相反。
傳統的方法是根據出水、回水的溫差用手動方式或電動裝置調節閥門,控制循環水的流量。這樣操作既浪費人力和電能,又不能保證溫度的穩定。某軍工企業在改擴建中心醫院時,選用了富士變頻器,配合智能化儀表溫差儀對中央空調的循環水水泵進行控制,實現了節約人力,節約能源,穩定室內溫度的積極效果。
1 中央空調系統的工作原理
1.1 系統構成
中央空調系統由蒸汽鍋爐(制熱源)、換熱器、冷凍主機(制冷源)、循環水泵及管網、風機盤管等構成。其中蒸汽鍋爐(熱源)和換熱器在冬季制熱時投入使用;冷凍主機(冷源)在夏季降溫時運行;系統其它構件為制冷、制熱公用。
1.2 冬季制熱過程
冬季制熱時,蒸汽鍋爐產生的熱蒸汽通過換熱器將水質良好的軟化循環水加熱,經水泵加壓,使循環水在形成閉環的管網中持續流動,流經所有空調房間。盤管風機將盤管中循環水攜帶的熱量擴散到室內,房間溫度得以提升。工程上將從水泵流出進入房間的熱水稱作出水,從房間流回換熱器的水稱作回水。測量出水和回水的溫度,并根據其溫差值用適當方式調節循環水流量,保證出水和回水的溫差值基本穩定,即可實現房間溫度的相對穩定。制熱時循環水的流向和流動路徑參見圖1。
1.3 夏季制冷過程
制冷主機與換熱器的作用相反,是將循環水溫度降低從而生成冷凍水的設備[1]。冷凍水由水泵壓入各樓層房間的盤管,然后又回到冷凍主機,如此循環不息。盤管風機將盤管附近的冷空氣吹到房間內,用于降低室內溫度。從冷凍主機流出的冷凍水稱為出水,回到冷凍主機的水稱為回水。根據出水和回水的溫差值調節循環水的流量,可調節并穩定空調房間的溫度。夏天制冷時循環水的流向和流動路徑參見圖2。
2 傳統中央空調系統存在的問題
由以上分析可知,中央空調系統不管夏天制冷,還是冬天制熱,都要根據循環水的出水、回水溫差值調節循環水的流量。傳統的方法是用人工的方法,在讀取出水溫度t1和回水溫度t2后,通過手動或操作電動閥來改變循環水的流量,顯然,這種人工干預調節流量的方法具有明顯的技術缺陷。雖然也有根據回水溫度自動控制電動閥開度的方案,但以上幾種方法的共同點是循環水泵始終全速運轉,通過改變閥門開度調節流量,必然造成水泵電機電能消耗的大量浪費,與當前積極倡導的創建節約型社會的國情格格不入。
3 變頻控制方案
某軍工企業在改擴建中心醫院時,由我公司提供設計方案,選用富士牌RN30P11S-4CX 型30 kW風機水泵專用變頻器,配合UL-906M 型智能化儀表溫差儀對中央空調的循環水進行控制,實現了節約人力,節約能源,穩定室內溫度的積極效果。電路控制方案見圖3。設計時主要考慮了以下幾個問題。
1)正常時水泵由變頻器驅動,這時,接觸器KM1、KM3吸合,KM2斷開。變頻器異常時切換至工頻,僅KM2吸合。這樣可保證循環水泵不間斷運行,房間溫度保持基本穩定。
2)變頻器與智能化儀表溫差儀配合,控制中央空調系統的自動運行。溫差儀選用安東公司的UL-906M 儀表,該儀表輸入端接2 只Pt100 型溫度傳感器,即出水管道上的溫度傳感器t1和回水管道上的溫度傳感器t2,通過設置儀表參數,在其輸出端輸出4-20 mA的PID控制信號,送到變頻器的頻率控制端,用于調節變頻器的輸出頻率,實現水泵轉速的閉環反饋控制。
3)變頻器的參數中,“下限頻率”不能設置為零,因為這樣水泵電機有可能停轉。空調循環水一旦停止流動,溫度傳感器t1和t2測值即喪失了實用意義。
“下限頻率”參數設置的原則是:水泵電機在“下限頻率”持續運行,制熱時尚不足以使空調房間的溫度達到需要的溫度,同樣制冷時不能使房間溫度降到合適值,這時,t1和t2的溫差值增大,溫差儀輸出的控制信號增大,變頻器輸出頻率上升,循環水流量增加,室內溫度得到調節。其后,變頻器根據出水、回水溫差的變化,溫差儀輸出信號的大小,隨時調整水泵的轉速和流量,控制空調房間溫度的穩定。
4)由于變頻器本身會產生一些電磁干擾,所以,變頻器和溫差儀之間,以及溫差儀與溫度傳感器之間的連線應使用屏蔽線;變頻器接地端子應接專用可靠地線;溫差儀的220 V電源端應接濾波器,也可自己動手制作一個圖4那樣的電源濾波器,圖中T1和T2是20 W、220 V/24 V的工頻變壓器,電容器參數如圖中標注。
4 溫差儀和變頻器的參數設置
溫差儀和變頻器都是智能化儀器設備,只有對其進行正確的參數設置,才能使其工作在最佳狀態。